高导热W-金刚石复合材料钨靶模块热应力分析

核聚变堆中偏滤器在高热通量条件下服役将产生高温及高热应力导致钨靶模块开裂失效。探究了自主研发的新型W-金刚石复合材料不同热导率对偏滤器钨靶模块温度及热应力的预期影响。首先通过理论公式计算了W-金刚石复合材料的理论物性,并利用ANSYS软件模拟对比了以不同热导率的W-金刚石复合材料和纯W材料作为面向等离子体材料(PFM)的钨靶模块在20 MW/m^(2)热通量下的温度分布及热应力。结果表明,采用W-金刚石复合材料作为PFM能够极大程度地降低模块表面的最高温度,改善模块温度梯度,降低模块等效应变,但由于复合材料弹性模量较高,模块的等效应力并未得到缓解。该结果将对材料的设计及偏滤器结构优化提供重要的技术支持。

用于金刚石摩擦化学抛光的Ni-W合金盘制备

为探究镀液成分、工艺条件等因素对Ni-W合金镀层的影响,制备出低内应力、高硬度的Ni-W合金盘,用于金刚石的摩擦化学抛光。采用单一性实验分别探究络合剂浓度、溶液pH、糖精钠浓度对镀层内应力、钨含量、硬度以及沉积速率的影响,并探究不同添加剂对镀层表面整平的效果。最终选用水杨醛为整平剂,并采用反向脉冲电流降低了镀层表面粗糙度,制备出硬度达HV 713,镀层厚度约为0.66 mm的Ni-W合金盘。使用合金盘对金刚石进行摩擦化学抛光,并探究合适的抛光工艺参数。在合金盘转速为8000 r/min,压力为40 N时,金刚石的抛光效果较好,其材料去除率为5.56μm/min,磨削比达0.394,金刚石表面粗糙度Sa为3.7 nm。使用传统铸铁盘对金刚石进行摩擦化学抛光,通过对比磨损参数发现,Ni-W合金盘能够达到更好的抛光效果。

镍基钎料真空钎焊镀钨金刚石的研究

为减轻镍基钎料真空钎焊金刚石接头的热损伤与残余应力,采用镀钨金刚石磨粒代替常规金刚石磨粒并将其钎焊到1045钢基体上,对钎焊镀钨金刚石接头的连接性能、热损伤程度及残余应力进行深入研究与分析。结果表明:镍基钎料对镀钨金刚石磨粒展现出良好的润湿性,与钎焊常规金刚石接头相比,钎焊镀钨金刚石接头在结合界面处的裂纹数量及尺寸明显减小。常规金刚石表面生成了致密有序的板条状Cr_(3)C_(2)层,而镀钨金刚石表面则形成了向钎料中生长的无序粒状Cr_(3)C_(2)层。在镀层的隔离保护作用下,钎焊后的镀钨金刚石磨粒表面的石墨化程度更低,力学性能更优异。同时,镀钨金刚石表面更薄、形貌更合理的Cr_(3)C_(2)层有效地缓解了镀钨金刚石接头内部的残余应力,其最大残余压应力相较于常规金刚石的降低9.43%。

金刚石表面的Ti、Mo、W镀层及界面反应对抗氧化性能的影响

为了提高工业金刚石的抗氧化能力，本文用ＸＲＤ、ＳＥＭ、ＤＴＡ和ＴＧＡ等方法研究了Ｔｉ、Ｍｏ、Ｗ镀层与金刚石界面反应过程、结构特征及对金刚石抗氧化性能的影响。结果表明：Ｔｉ在高于６００℃、Ｍｏ在高于６５０℃、Ｗ在高于６５０℃与金刚石界面发生固相反应，通过反应扩散过程在金刚石表面外延生长成相应的ＴｉＣ、ＭｏＣ＋Ｍｏ２Ｃ及ＷＣ＋Ｗ２Ｃ碳化物层。该致密连续的碳化物层具有较高的抗氧化能力，延缓了金刚石表面的氧化。镀Ｔｉ、Ｍｏ、Ｗ金刚石在空气中的氧化温度达９５８℃、８７１℃和８８０℃。Ｔｉ、Ｍｏ、Ｗ镀层经真空碳化处理后，抗氧化温度分别达１０２４℃、９７７℃和９８６℃。而未镀金刚石在７８０℃以上即开始氧化。

超硬材料表面镀覆技术及应用

本文系统论述了金刚石、立方氮化硼超硬磨料与典型金属界面的界面反应、界面结构及界面结合问题。按照金属与金刚石的界面作用结果，将典型金属分为：与金刚石界面反应形成稳定碳化物的亲和性金属，如钛、钨、铬、钼等；与金刚石界面不反应的惰性金属，如铜等；与金刚石界面接触促使金刚石石墨化的石墨化金属，如铁、钴、镍等。讨论了亲和性金属与超硬磨料界面反应形成化合物的条件及化合物的结构特征与界面结合强度的关系，从而给出了实现亲和性金属与金刚石强力结合的条件。根据这些理论结果分析解释了各类镀覆方法的特点及应用效果。

镀W金刚石与金属结合剂界面成分、结构及结合性能

本文用差热分析（DTA）,X 射线衍射分析,SEM 观察及磨削试验研究了镀 W 金刚石与铜合金结合剂界面成分、结构及结合性能。结果表明:在700～1250℃范围内,镀 W 层与金刚石发生界面反应,在金刚石表面外延生成岛状 WC 和 W2C 从而实现了金刚石与 W 镀层间的冶金结合,即金刚石表面金属化。镀 W 金刚石与铜合金的粘结强度可达4×107Pa。用镀钨金刚石制成的磨块磨削比、出刃高度得到提高,金刚石的脱落率大幅度下降。

复合化学镀层对金刚石-金属复合材料性能的影响

本文研究了化学镀Ni Cr P和Ni W P对金刚石 金属复合材料性能的影响。结果发现 ,在Co基和Ni 青铜基复合材料中 ,Ni Cr P和Ni W P镀层均可以起到提高复合材料抗弯强度的作用。相对而言 ,Ni Cr P效果更好 ,这与Cr对金刚石的化学活性较高 ,Ni Cr P熔点较低以及金刚石、镀层、结合剂三者之间的界面反应等有关。

真空微蒸发镀Ti、Mo、W、Cr及合金的金刚石、CBN磨料及制品性能检测

本文介绍了用真空微蒸发镀工艺镀附Ti、Mo、W、Cr及其合金的金刚石、CBN磨料和由镀附磨料制成工具的关键性能指标测试方法,给出了实验检测结果.镀附磨料的性能指标检测项目有镀层表面质量、增重率及镀层厚度、结构物相构成、镀附磨料的抗氧化性、镀层与磨粒的结合强度、镀附磨料制成工具后与未镀附磨料性能的对比.这些性能指标是了解和使用镀附磨料的重要参考依据.

W对自由烧结型铁基金刚石工具胎体性能的影响

摘要：以专用于自由烧结型金刚石工具胎体的亚微米级铁基合金粉末为主要结合剂，添加金属W（添加量为0～12％，质量分数），采用自由烧结工艺制成金刚石工具胎体和金刚石／胎体试样，对胎体进行力学性能测试和断口形貌分析，并用金刚石工具进行磨削试验。结果表明，随W含量增加，胎体的相对密度及强度均下降；添加6．0％W可明显提高胎体对金刚石的把持能力，并提高胎体硬度，但随W含量进一步增加，把持能力下降，同时胎体硬度降低；W在胎体内虽然可生成强碳化物，但在自由烧结过程中起不到强化胎体的作用，反而降低胎体的韧性，尤其是当胎体中添加12．0％W时，胎体内孔隙明显，强度大幅下降；与不添加W的胎体相比，添加8．0％W时，虽然金刚石工具的锋利度有所下降，但耐磨性提高。

掺钨类金刚石膜离子渗硫后的微观结构与摩擦学性能

探讨了掺钨类金刚石(W-DLC)膜沉积及离子渗硫两步合成DLC和WS2复合固体润滑膜的新方法。利用低温离子渗硫技术对4种钨含量的W-DLC膜进行离子渗硫处理,采用扫描电子显微镜(SEM)、俄歇扫描探针(SAM)、X射线光电子能谱(XPS)、拉曼光谱仪(Raman),纳米硬度计(Nano-indenter)和摩擦磨损试验机考察了渗硫处理后W-DLC膜的微观结构与摩擦学性能。结果表明:渗硫处理使W-DLC膜中生成了WS2,促进了DLC膜的石墨化,并降低了其纳米硬度;随钨含量增加,渗硫处理的W-DLC膜纳米硬度逐渐升高,摩擦系数和磨损率逐渐减小,渗硫后的27.7%W-DLC膜表现出最优异的摩擦学性能。

人造金刚石表面化学镀W/Ni-P层的工艺优选及镀层质量

为改进人造金刚石的表面性能,先在其上化学镀W,再化学镀Ni-P,制备了W/Ni-P包覆人造金刚石粉末。以镀液稳定性和镀层与基体结合力为评价标准,用正交试验和单因素试验优选工艺,并用扫描电镜(SEM)、能谱仪和粒度分析仪考察了优化W/Ni-P复合镀层的组织结构和镀后粉末的粒度分布。结果表明:最优化学镀W工艺为50 g/L钨酸钠,32 g/L次亚磷酸钠,25 g/L柠檬酸三钠,0.002 0 g/L硫脲,p H值为8.5,温度为90℃,时间为1 h;最优化学镀Ni-P工艺为35 g/L硫酸镍,32 g/L次亚磷酸钠,25 g/L柠檬酸三钠,0.002 0 g/L硫脲,p H值为4.5,温度为80℃,时间为1 h;优化W/Ni-P层均匀细致,与金刚石结合良好,镀覆后的金刚石粉末粒度更均匀。

W波段行波管金刚石窗的模拟优化与性能测试

本文主要研究了使用金刚石窗片的W波段标准盒形窗,利用三维模拟软件CST微波工作室进行了计算与优化,设计出适合W波段行波管使用的输能窗。冷测结果显示,在75~110 GHz范围内驻波系数均在1.47以下。

靶电流对掺钨类金刚石膜的结构与摩擦学行为的影响

利用真空阴极电弧+磁控溅射+阳极层条形离子源制备了带梯度过渡层的掺钨类金刚石(DLC)膜,并研究了靶电流对掺钨DLC膜结构和性能的影响,结果表明:制备的掺钨DLC膜光滑致密,表面存在1~2μm的液滴。靶电流不大于3.5A时,随着靶电流的增加,掺钨DLC膜的钨含量逐渐增加,但sp3的含量基本不变;靶电流为5A时,制备的薄膜成分接近WC的理想化学计量比,薄膜中的sp3含量增加到48%。当靶电流不大于2A时,靶电流对掺钨DLC膜的显微硬度和摩擦系数影响较小;在高的靶电流条件下,掺钨DLC膜的显微硬度和摩擦系数随着靶电流的增加而明显增大。

反义核酸基因治疗中电子计算机的辅助设计

本文概述了反义寡核苷酸作为基因治疗药物的状况 ,归纳了目前对妨碍反义寡核苷酸作为基因治疗药物取得快速进展的主要因素 :反义寡核苷酸作为基因治疗药物的有效性 ;反义寡核苷酸作为基因治疗药物的毒副作用。从细胞和基因水平详细介绍目前对这些影响因素的分析 :①反义寡核苷酸未能有效对靶基因的同源基因的鉴别是导致其毒副作用的主要原因。②靶基因的二、三级结构严重影响反义寡核苷酸达到靶位置。③影响反义寡核苷酸的传送和快速退火的问题。也介绍如何使用电子计算机方法对反义寡核苷酸的靶基因做全面分析 ,即对靶基因的二级结构和同源性分析 ,并最终设计出反义寡核苷酸 ,达到降低反义寡核苷酸作为治疗药物的毒副作用 ,提高治疗的有效性的目的。最后归纳出计算机辅助设计的方法。

金刚石抛光用钨合金的热压烧结

为了获得适用于摩擦化学抛光单晶金刚石用的高性能W-Mo-Cr合金抛光材料,采用机械合金化法制备的微细W-Mo-Cr合金粉末为原料,研究热压烧结参数(烧结温度、压力和保温时间)对材料致密度和硬度的影响,并采用扫描电镜(SEM)对材料的显微组织进行观察。结果表明:采用机械合金化和热压固相烧结相结合的方法可以制备出高致密度、高硬度的合金材料,合金材料组织致密,平行精度良好;在烧结温度为1400℃、压力为30 MPa、保温时间为30 min的工艺条件下,所制备的W-Mo-Cr合金材料相对密度为96.49%,硬度为777.78HV。

双辉等离子体表面冶金金属化CVD金刚石自支撑膜研究

采用双辉等离子表面冶金技术,在金刚石自支撑膜表面制备了W金属层。借助扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)和X-射线衍射仪(XRD)等分别对金属化后的金刚石膜的微观形貌、元素分布及物相组成进行了表征与分析;并通过测试Ag-Cu钎焊的金刚石膜-硬质合金刀片样品的剪切强度,评价金属层与金刚石膜的结合强度。实验结果表明:所制备的W金属层连续、致密,由大量纳米尺度的颗粒状团聚物构成;在金属层与金刚石界面一定深度区域内,存在W和C元素的相互扩散,并且反应生成了WC、W2C等金属碳化物颗粒,表明金属层与金刚石膜之间已形成了牢固的化学键合。

W-Mo-Cr合金对金刚石砂轮磨块的摩擦化学修整

为解决粗磨粒金刚石砂轮磨块的修整问题,使用W-Mo-Cr合金材料作为修整工具对磨粒粒度尺寸为297~420μm的金刚石砂轮磨块进行修整,修整前后分别测量砂轮表面磨粒的等高性和磨粒的微观形貌,并且分别用修整前后的砂轮磨块进行WC硬质合金的磨削试验。结果表明:W-Mo-Cr合金材料对金刚石砂轮修整效率高,修整后砂轮表面磨粒的等高性提升了60%左右。利用修整后的金刚石砂轮磨削WC硬质合金,工件表面质量得到很大的改善,表面粗糙度达到Ra0.149μm。

金刚石薄膜在第一壁材料表面的应力研究

目的提出在第一壁材料(钨穿管部件)表面沉积金刚石薄膜,并系统研究金刚石薄膜厚度对应力的影响。方法采用数值模拟和实验表征方法。利用ANSYS workbench模拟软件,在建立钨穿管部件表面金刚石薄膜有限元模型及模型方程的基础上,对影响金刚石薄膜热残余应力的厚度因素进行探讨;采用微波等离子体化学气相沉积法(MPCVD),在钨穿管部件表面沉积不同厚度的金刚石薄膜,并利用拉曼光谱法和洛氏硬度计压痕法对薄膜的应力进行表征。结果模拟显示,随着金刚石薄膜厚度增加,薄膜最大主应力值和最大剪应力值均呈现出先减少后增加趋势,在薄膜厚度为75~100μm时处于最低,小于金刚石薄膜通常的断裂强度(700 MPa),同时最大应力落差区域出现在薄膜边缘处。通过实验表征得到金刚石薄膜表面呈现出拉应力,在薄膜厚度为(103.56±0.5)μm时,金刚石薄膜中间区域应力值最低,与VDI3198标准对比,压痕坑达到HF_(1)和HF_(2)效果。结论钨穿管部件表面金刚石薄膜厚度为(103.56±0.5)μm时,不容易出现裂纹和与基底的剥离现象,具有较好的附着性。

金刚石抛光用W-Mo-Cr合金粉末的机械合金化工艺研究

采用机械合金化(MA)方法制备W-Mo-Cr混合粉末,并研究了机械合金化中的工艺参数对粉末性能的影响。球磨实验后,用X射线衍射仪(XRD)分析粉末的物相、晶粒尺寸和晶格畸变,用扫描电镜(SEM)分析粉末的微观形貌,用激光粒度分布仪分析粉末颗粒的大小及分布,用X射线荧光光谱(XRF)分析混合粉末中各成分的含量。结果表明,当球料比为15∶1,球磨转速为250 r/min,球磨介质比为1∶1,球磨45 h,所制备出的混合粉末晶粒尺寸较小,成分均匀,杂质少,可提高合金抛光盘的致密度、硬度和耐磨性。

W对热压烧结铁基金刚石工具胎体组织性能的影响

采用机械合金化方法制备的铁基预合金粉作为主要结合剂,以金属w(W)0%~6%为添加剂,通过热压烧结方法制备金刚石工具胎体和金刚石/胎体材料,研究了W对胎体及金刚石/胎体复合材料密度、硬度、抗弯强度、把持能力和显微组织的影响。结果表明:W和金刚石的添加对热压烧结胎体及金刚石/胎体复合材料密度影响不大,随W的添加量增加,胎体硬度增加;W的添加,能够提高胎体对金刚石的把持能力,但随W含量的进一步增加胎体对金刚石把持力下降;W以颗粒形式弥散分布于Ni、Fe、Co骨架相附近或内部,少量分布于粘结相内部,使胎体显微组织细化和均匀化,胎体断口出现W颗粒脱嵌和穿晶解理。